[发明专利]一种生物陶瓷表面的磷酸钙纳米棒及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物陶瓷材料的表面改性领域，具体涉及一种在生物陶瓷表面构建尺寸可控磷酸钙纳米棒的方法。

背景技术

HA与人体骨骼和牙齿的主要无机成分类似，具有良好的生物相容性和骨诱导作用。但其在机体内太稳定，不易降解。而β-TCP在体内降解速度过快，且力学性能较差，抗压强度和抗折强度较低。将HA和β-TCP按一定比例复合可以各自发挥其优点，复合材料的综合生理性能将优于单一相生物陶瓷。将羟基磷灰石和磷酸三钙按不同比例组成的双相陶瓷粉，压制成坯体后通过高温煅烧，得到TCP/HA双相复合生物陶瓷。

然而，由于制备工艺条件的限制，目前经高温煅烧得到的磷酸钙类陶瓷，其晶粒尺寸比人体骨骼和牙内的羟基磷灰石晶粒尺寸要大得多，结晶度过高。这对于作为骨植入或骨替换的钙磷生物材料显然是不利的。因而我们想通过对磷酸钙陶瓷进行表面处理，在磷酸钙陶瓷表面构造出组织均匀，晶粒尺寸合理的高活性表面。

已经公开的专利“磷酸钙陶瓷表面形成类骨磷灰石层的方法”（申请号：200410033613.1），报道了使用模拟体液对生物陶瓷表面进行处理，在其表面形成了纳米级的类骨磷灰石层。然而，通过这种方法构建出的新磷灰石层与基体的结合强度很低，极易与陶瓷基体分离而发生脱落。而且这一处理过程在生物陶瓷植入体内后都会自然发生，因而在植入体内前的这一修饰过程没有太大的实际意义。

发明内容

本发明针对现有制备工艺条件的缺陷导致的磷酸钙类陶瓷结晶度过高、生物活性降低等问题，提供一种生物陶瓷表面构建尺寸可控磷酸钙纳米棒的方法，既能在生物陶瓷表面构建出优化结晶度的高生物活性的表面，又能对表面形成的磷酸钙纳米棒尺寸和大小进行控制。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种生物陶瓷表面的磷酸钙纳米棒的制备方法，包含以下工艺步骤：

（1）钙磷陶瓷的制备：将羟基磷灰石/磷酸三钙双相陶瓷粉末，装入模具中压实，采用冷等静压在油介质中压制成型，压强为150-200MPa，保持荷载6-10h后取出陶瓷坯体，然后对初坯体进行高温烧结，以石墨作为辅助材料进行填埋烧结，烧结温度为1150-1200℃，升温速率为8-10℃/min，保温5-10h，样品随炉冷却，将得到的陶瓷切割成薄片，再用去离子水超声清洗后烘干；

（2）水热处理前准备：将制备好的钙磷陶瓷浸泡在去离子水中，静置过夜；

（3）高温高压水热处理：取出浸泡后的试样，并用上述浸泡过试样的去离子水浸润纱布，再用该纱布包裹试样；然后经高温高压水蒸气处理，冷却至室温后取出，烘干，即可在钙磷双相陶瓷表面获得磷酸钙纳米棒。

所述羟基磷灰石/磷酸三钙双相陶瓷的粉末中羟基磷灰石的体积百分比为40%～70%，其余为磷酸三钙，粉末粒径为：5～50mm。

所述陶瓷切割成2～3mm的薄片，且马上将切得样品用去离子水超声清洗5min～10min，以防切割时粉末堵塞联通孔。

所述高温高压水蒸汽处理的温度为120～160℃，压强为0.15-0.5MPa，处理时间为30min～180min。

所述高温高压水热水蒸汽处理前先将纱布包裹的样品放入铝盒中，其中铝盒的盖子不盖紧，留一条缝隙，再用灭菌布包裹住，容处理过程中大量水蒸汽进入，使样品能与水蒸汽充分作用。

本发明中由上述方法所构成的生物陶瓷表面磷酸钙纳米棒均呈长短不一的六方柱状形貌；所述的磷酸钙纳米棒，其长短及直径随水热时间的变化而改变，因而是尺寸可控的。

本发明采用高温高压水热处理的方法，对双相钙磷陶瓷表面进行处理，成功在其表面得到了六方柱的纳米棒状结构，且这些磷酸钙纳米棒在其表面的生长具有一定取向性，是从磷酸钙陶瓷表面呈现外延性的生长形成。与基底紧密结合为一体的。本发明能通过控制工艺制备条件来改变生物陶瓷表面六方柱的纳米棒状结构的尺寸和结晶度，因而能得到具有理想晶粒尺寸的生物陶瓷表面。

本发明具有以下特点及有益效果：

（1）本发明通过高温高压水热处理的方法，在生物陶瓷表面生长出了一层纳米级的，尺寸大小均匀的六方柱状晶体，且通过对实验参数进行控制后，既在生物陶瓷表面构建出优化结晶度的高生物活性的表面，又能对表面形成的磷酸钙纳米棒尺寸和大小进行控制。

（2）本发明所述的对形成的磷酸钙纳米棒尺寸和大小进行控制是通过改变水热处理的时间来实现的。